CN110247600B - 一种电机控制方法、装置、存储介质及电机 - Google Patents
一种电机控制方法、装置、存储介质及电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电机控制方法、装置、存储介质及电机,该方法包括:确定电机的电流传感器是否发生故障;若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值;将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构,得到三相电流的重构值。本发明的方案,可以解决电流传感器故障影响电机三相电流的构造准确性,进而影响电机运行安全性的问题,达到提升电机运行安全性的效果。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域,具体涉及一种电机控制方法、装置、存储介质及电机,尤其涉及一种基于功能安全的传感器故障相电流重构方法、装置、存储介质及电机。
背景技术
汽车是否能够安全的运行,关乎乘客以及行人的生命安全。车用驱动电机系统是电动汽车的核心部件之一,其可以将动力电池的电能转换为机械能从而为汽车提供驱动力。车用驱动电机系统一般由电机控制器和电机组成,电机的控制单元由控制单元、驱动电路、电压传感器、电流传感器、温度传感器、检测电路等组成。
在电机运行过程中,电流传感器对电机的三相电流进行此采样,一旦电流传感器出现故障,那么控制单元将无法对电机进行控制,将会发生严重的交通事故,因此一旦电流传感器发生故障,能否准确的构造出电机的三相电流,对于电动汽车控制尤为重要。
有些方案中虽然提出了电流传感器故障的处理方法,对于电流传感器出现的过流以及短路故障进行了判断,对于不同故障采取了不同的控制方法,使得车辆能够相对安全的行驶。但其所提供的控制方法没有从电机控制的本质上解决电流传感器故障问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于,针对上述缺陷,提供一种电机控制方法、装置、存储介质及电机,以解决电流传感器故障影响电机三相电流的构造准确性,进而影响电机运行安全性的问题,达到提升电机运行安全性的效果。
本发明提供一种电机控制方法,包括:确定电机的电流传感器是否发生故障;若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值;将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构,得到三相电流的重构值。
可选地,确定电机的电流传感器是否发生故障,包括:获取所述电机的三相电流的测量值;其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到;确定所述电机的三相电流的测量值之和是否为零;若所述电机的三相电流的测量值之和不为零,则确定所述电机的电流传感器发生故障;或者,获取所述电机的三相电流的测量值,并获取所述电机的三相电流的估计值;其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到;确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差是否超过设定阈值;若确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差超过所述设定阈值,则确定所述电机的电流传感器发生故障。
可选地,获取所述电机的三相电流的估计值,包括:对所述电机的定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值进行坐标变换后,通过电流估计模块,得到所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量;以及,根据所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量。
可选地,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,包括:在所述电机中A、B两相的电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A相电流传感器发生故障、而B相电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在B轴上的分量、与所述电机的定子侧电流的估计值在A轴上的分量之和的负值;在所述电机中B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A、B两相电流传感器都发生故障时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
可选地,实现对所述电机的三相电流的重构,包括:对所述电机的三相电流的估计值进行Clark变换,得到α、β轴上的电流;对α、β轴上的电流进行Park变换,得到d、q轴上的电流,以作为所述电机的三相电流的重构值。
可选地,还包括:根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行;其中,根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行,包括:所述电机的三相电流的重构值与d、q轴电流给定值相比较,将比较结果经PI控制,得到d、q轴上电压给定值;将d、q轴上电压给定值经过Park反变换,得到α、β轴上的电压;将α、β轴上的电压经过SVPWM处理,输出PWM信号,以通过控制所述电机的控制器的开关管的开通与关断,实现控制电机的运行。
与上述方法相匹配,本发明另一方面提供一种电机控制装置,包括:控制单元,用于确定电机的电流传感器是否发生故障;估计单元,用于若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值;重构单元,用于将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构,得到三相电流的重构值。
可选地,所述控制单元确定电机的电流传感器是否发生故障,包括:获取所述电机的三相电流的测量值;其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到;确定所述电机的三相电流的测量值之和是否为零;若所述电机的三相电流的测量值之和不为零,则确定所述电机的电流传感器发生故障;或者,获取所述电机的三相电流的测量值,并获取所述电机的三相电流的估计值;其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到;确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差是否超过设定阈值;若确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差超过所述设定阈值,则确定所述电机的电流传感器发生故障。
可选地,所述估计单元获取所述电机的三相电流的估计值,包括:对所述电机的定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值进行坐标变换后,通过电流估计模块,得到所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量;以及,根据所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量。
可选地,所述估计单元确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,包括:在所述电机中A、B两相的电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A相电流传感器发生故障、而B相电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在B轴上的分量、与所述电机的定子侧电流的估计值在A轴上的分量之和的负值;在所述电机中B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A、B两相电流传感器都发生故障时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
可选地,所述重构单元实现对所述电机的三相电流的重构,包括:对所述电机的三相电流的估计值进行Clark变换,得到α、β轴上的电流;对α、β轴上的电流进行Park变换,得到d、q轴上的电流,以作为所述电机的三相电流的重构值。
可选地,还包括:控制单元,用于根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行;其中,所述控制单元根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行,包括:所述电机的三相电流的重构值与d、q轴电流给定值相比较,将比较结果经PI控制,得到d、q轴上电压给定值;将d、q轴上电压给定值经过Park反变换,得到α、β轴上的电压;将α、β轴上的电压经过SVPWM处理,输出PWM信号,以通过控制所述电机的控制器的开关管的开通与关断,实现控制电机的运行。
与上述装置相匹配,本发明再一方面提供一种电机,包括:以上所述的电机控制装置。
与上述方法相匹配,本发明再一方面提供一种存储介质,包括:所述存储介质中存储有多条指令;所述多条指令,用于由处理器加载并执行以上所述的电机控制方法。
与上述方法相匹配,本发明再一方面提供一种电机,包括:处理器,用于执行多条指令;存储器,用于存储多条指令;其中,所述多条指令,用于由所述存储器存储,并由所述处理器加载并执行以上所述的电机控制方法。
本发明的方案,通过在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断,使得对电流传感器是否发生故障的判断简便且精准。
进一步,本发明的方案,通过在电机的三相电流的实测值与估计值的误差超过阈值、或者三相电流之和不为0时,判断电流传感器发生故障,使得对电流传感器是否发生故障的判断简便且精准;且在电流传感器发生故障的情况下可以基于三相电流的估计值完成相电流的重构,保证了电流传感器故障时电机三相电流的构造准确性。
进一步,本发明的方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采样的电流值经过电流传感器故障判断及故障相电流选择单元得到的电流则为发生故障后的电流重构值,实现电流的故障容错与电流重构,可以保证车辆的正常安全运行。
进一步,本发明的方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采用三相电流的估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,可以避免在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败,提升三相电流重构的准确性和可靠性。
进一步,本发明的方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采用三相电流的估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,可以能够解决电流传感器故障时的电机相电流的重构问题,有利于提升电机运行的可靠性和安全性。
由此,本发明的方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采用三相电流的估计值来表示电流传感器的实测值或测量值,完成相电流的重构,解决电流传感器故障影响电机三相电流的构造准确性,进而影响电机运行安全性的问题,从而,克服电流传感器故障影响电机运行安全性的缺陷,实现提升电机运行安全性的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电机控制方法的一实施例的流程示意图;
图2为本发明的方法中利用电机的三相电流之和判断电流传感器是否故障的一实施例的流程示意图;
图3为本发明的方法中利用电机的三相电流的估计值与测量值的对比判断电流传感器是否故障的一实施例的流程示意图;
图4为本发明的方法中获取所述电机的三相电流的估计值的一实施例的流程示意图;
图5为本发明的方法中实现对所述电机的三相电流的重构的一实施例的流程示意图;
图6为本发明的方法中根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行的一实施例的流程示意图;
图7为本发明的电机控制装置的一实施例的结构示意图;
图8为本发明的电机的一实施例的电流传感器故障控制算法结构示意图;
图9为本发明的电机的一实施例的电流传感器故障电流重构流程示意图。
结合附图,本发明实施例中附图标记如下:
102-控制单元;104-估计单元;106-重构单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例,提供了一种电机控制方法,如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机控制方法可以包括:步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处,确定电机的电流传感器是否发生故障。
可选地,步骤S110中确定电机的电流传感器是否发生故障,可以包括以下任一获取情形。
第一种获取情形:利用电机的三相电流之和判断电流传感器是否故障,即利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。
下面结合图2所示本发明的方法中利用电机的三相电流之和判断电流传感器是否故障的一实施例流程示意图,进一步说明利用电机的三相电流之和判断电流传感器是否故障的具体过程,可以包括:步骤S210至步骤S230。
步骤S210,获取所述电机的三相电流的测量值。其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到。
步骤S220,确定所述电机的三相电流的测量值之和是否为零。
步骤S230,若所述电机的三相电流的测量值之和不为零,则确定所述电机的电流传感器发生故障。
例如:根据三相电流传感器采样得到的电流值之和是否为0的原理来判断是否有电流传感器故障,如果发生故障,则采用A、B、C三相电流的估计值来对电流进行重构。
由此,通过在电机的三相电流的测量值之和不为零的情况下,确定电机的电流传感器发生故障,使得对电流传感器故障的确定方式更加简便。
第二种获取情形:利用电机的三相电流的估计值与测量值的对比判断电流传感器是否故障,即利用三相电流的估计值与测量值的对比对是否有电流传感器故障进行判断。
下面结合图3所示本发明的方法中利用电机的三相电流的估计值与测量值的对比判断电流传感器是否故障的一实施例流程示意图,进一步说明利用电机的三相电流的估计值与测量值的对比判断电流传感器是否故障的具体过程,可以包括:步骤S310至步骤S330。
步骤S310,获取所述电机的三相电流的测量值,并获取所述电机的三相电流的估计值。其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到。
步骤S320,确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差是否超过设定阈值。
步骤S330,若确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差超过所述设定阈值,则确定所述电机的电流传感器发生故障。
例如:通过式(1)来判断是否有故障发生:
公式中iA、iB、iC和iAe、iBe以及iCe分别表示定子电流的测量值在A、B、C轴上的分量和定子电流估计值在A、B、C轴上的分量。其中iCe是由iA、iB、iAe、iBe以及A、B两相电流传感器是否发生故障决定。采用式(1)的故障检测方法不需要增加额外的模块来判断哪一项电流传感器发生故障。
由此,通过在电机的三相电流的测量值与估计值之间的误差超过设定阈值的情况下,确定电流传感器发生故障,使得对电流传感器是否故障的判断更加精准。
在步骤S120处,若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值。
例如:图8为电流传感器故障时控制算法的结构框图,在常规电机控制基础上,增加了电流估计器、以及故障判断及电流重构环节,当电流传感器未发生故障时,传感器采集到的三相电流经过故障判断及电流重构模块后,输出的仍为采集到的三相电流,当传感器故障时,该模块才会起作用。
可选地,结合图4所示本发明的方法中获取所述电机的三相电流的估计值的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S120中获取所述电机的三相电流的估计值的具体过程,可以包括:步骤S410和步骤S420。
步骤S410,对所述电机的定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值进行坐标变换后,通过电流估计模块,得到所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量。以及,
步骤S420,根据所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量。
例如:对电流进行坐标变换,设计一个电流估计模块如式(2)和式(3)所示:
在上面两式中,i* sd、i* sq分别为电机定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值。
例如:在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。采用一个电流估计模块,来对三相电流值进行估计,具体的估计算法如式(2)和式(3),用估计值与实测值进行对比,如式(1)所示,如果实测值与估计值的误差超过阈值或者三相电流之和不为0时,则判断电流传感器发生故障,此时采用估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构。本发明的方案,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败。
例如:在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。采用一个电流估计模块,来对三相电流值进行估计,用估计值与实测值进行对比,如果电流传感器发生故障,则采用估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,具体实施过程可以如上述所示,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短(小于最小采样时间)所带来的电流重构盲区,而带来相电流的重构失败。
其中,在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败的情形,可以是指:当电流传感器故障时,要对电流进行重构,但是在理想情况下,电流的采样可以瞬间完成,即相应的基本电压矢量作用很短的时间即可采集到对应的相电流信息;但在实际电路系统中,存在着诸多非理想型因素,如死区时间、功率电子器件的通断延时、AD转换器的保持时间等等;这些因素都会导致在某些情况下无法完成相电流的重构。
由此,通过对电机的定子侧电流在A轴、B轴和C轴上的分量分别进行估计,可以得到电机的三相电流的估计值,且精准、可靠。
更可选地,步骤S420中确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,可以包括以下任一种确定情形。
例如:由于三相电流之和为0,所以C相电流的估计值可以由iA、iB、iAe、iBe以及A、B两相电流传感器是否发生故障决定。具体分为以下四种情况。
第一种确定情形:在所述电机中A、B两相的电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
例如:第一种情况:当A、B两相电流传感器正常时,iCe=-(iA+iB)。
第二种确定情形:在所述电机中A相电流传感器发生故障、而B相电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在B轴上的分量、与所述电机的定子侧电流的估计值在A轴上的分量之和的负值。
例如:第二种情况:当A相电流传感器发生故障,而B相电流传感器正常运行时,iCe=-(iAe+iB)。
第三种确定情形:在所述电机中B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在B轴上的分量之和的负值。
例如:第三种情况:当B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,iCe=-(iA+iBe)。
第四种确定情形:在所述电机中A、B两相电流传感器都发生故障时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
例如:第四种情况:当A、B两相电流传感器都发生故障时,iCe=-(iAe+iBe)。
由此,通过根据电机中A、B两相的电流传感器是否故障的情况对电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量进行确定,确定方式简便、确定结果可靠。
在步骤S130处,将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构(即根据所述电机的三相电流的估计值对所述电机的三相电流进行重构),得到三相电流的重构值。
例如:如图8所示,在电机矢量控制的基础上增加电流估计器以及故障判断与故障相电流选择单元,当电流传感器正常工作时,经过采样后的三相电流通过故障判断及故障相电流选择单元后,输出的结果依旧是三相电流传感器的电流测量值,当一个或几个电流传感器发生故障时,采样的电流值经过电流传感器故障判断及故障相电流选择单元得到的电流则为发生故障后的电流重构值,由此实现电流的故障容错与电流重构,保证车辆的正常安全运行。
由此,通过在电机的电流传感器发生故障的情况下,以电机的三相电流的估计值作为电机的三相电流的测量值对电机的三相电流进行重构,可以得到三相电流的重构值,且精准、可靠,有利于提升电机运行的安全性。
可选地,可以结合图5所示本发明的方法中实现对所述电机的三相电流的重构的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S130中实现对所述电机的三相电流的重构的具体过程,可以包括:步骤S510和步骤S520。
步骤S510,对所述电机的三相电流的估计值进行Clark变换,得到α、β轴上的电流。
步骤S520,对α、β轴上的电流进行Park变换,得到d、q轴上的电流,以作为所述电机的三相电流的重构值。
由此,通过对电机的三相电流的估计值进行多次变化得到电机的三相电流的重构值,使得对三相电流的重构值的构建简便且可靠。
在一个可选实施方式中,还可以包括:根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行。
例如:相对比于基于母线电压的相电流重构方法以及故障检测方法,本发明提出的传感器相电流重构方法,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败的问题。而且,由于此电流重构方案能够解决电流传感器故障时的电机相电流的重构问题,所以本发明的方案适用于任何电机运行的场合。
下面结合图6所示本发明的方法中根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行的一实施例流程示意图,进一步说明根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行的具体过程,可以包括:步骤S610至步骤S630。
步骤S610,所述电机的三相电流的重构值与d、q轴电流给定值相比较(即,将d、q轴上的电流与d、q轴电流给定值相比较),将比较结果经PI控制,得到d、q轴上电压给定值。
步骤S620,将d、q轴上电压给定值经过Park反变换,得到α、β轴上的电压。
步骤S630,将α、β轴上的电压经过SVPWM处理,输出PWM信号,以通过控制所述电机的控制器的开关管的开通与关断,实现控制电机的运行。
例如:如图8所示,从故障判断及电流重构模块出来的三相电流经过Clark(3s/2s)变换得到α、β轴上的电流iα、iβ,然后经过Park变换得到d、q轴上的电流id、iq,与电流控制输出的d、q轴电流给定值相比较,然后经过PI控制得到d、q轴上电压给定值,经过Park反变换,得到α、β轴上的电压,然后经过SVPWM,输出PWM波控制开关管的开通与关断,从而控制电机运行。
由此,通过电机的三相电流的重构值与d、q轴电流给定值相比较后,经PI控制、反变换和信号处理,得到电机控制信号,实现对电机的控制,保证了电机运行的可靠性和安全性。
经大量的试验验证,采用本实施例的技术方案,通过在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断,使得对电流传感器是否发生故障的判断简便且精准。
根据本发明的实施例,还提供了对应于电机控制方法的一种电机控制装置。参见图7所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电机控制装置可以包括:控制单元102、估计单元104和重构单元106。
在一个可选例子中,控制单元102,可以用于确定电机的电流传感器是否发生故障。该控制单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
可选地,所述控制单元102确定电机的电流传感器是否发生故障,可以包括以下任一获取情形。
第一种获取情形:利用电机的三相电流之和判断电流传感器是否故障,即利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。
所述控制单元102,具体还可以用于获取所述电机的三相电流的测量值。其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S210。
所述控制单元102,具体还可以用于确定所述电机的三相电流的测量值之和是否为零。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S220。
所述控制单元102,具体还可以用于若所述电机的三相电流的测量值之和不为零,则确定所述电机的电流传感器发生故障。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S230。
例如:根据三相电流传感器采样得到的电流值之和是否为0的原理来判断是否有电流传感器故障,如果发生故障,则采用A、B、C三相电流的估计值来对电流进行重构。
由此,通过在电机的三相电流的测量值之和不为零的情况下,确定电机的电流传感器发生故障,使得对电流传感器故障的确定方式更加简便。
第二种获取情形:利用电机的三相电流的估计值与测量值的对比判断电流传感器是否故障,即利用三相电流的估计值与测量值的对比对是否有电流传感器故障进行判断。
所述控制单元102,具体还可以用于获取所述电机的三相电流的测量值,并获取所述电机的三相电流的估计值。其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元102,具体还可以用于确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差是否超过设定阈值。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S320。
所述控制单元102,具体还可以用于若确定所述电机的三相电流的测量值、与所述电机的三相电流的估计值之间的误差超过所述设定阈值,则确定所述电机的电流传感器发生故障。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S330。
例如:通过式(1)来判断是否有故障发生:
公式中iA、iB、iC和iAe、iBe以及iCe分别表示定子电流的测量值在A、B、C轴上的分量和定子电流估计值在A、B、C轴上的分量。其中iCe是由iA、iB、iAe、iBe以及A、B两相电流传感器是否发生故障决定。采用式(1)的故障检测方法不需要增加额外的模块来判断哪一项电流传感器发生故障。
由此,通过在电机的三相电流的测量值与估计值之间的误差超过设定阈值的情况下,确定电流传感器发生故障,使得对电流传感器是否故障的判断更加精准。
在一个可选例子中,估计单元104,可以用于若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值。该估计单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
例如:图8为电流传感器故障时控制算法的结构框图,在常规电机控制基础上,增加了电流估计器、以及故障判断及电流重构环节,当电流传感器未发生故障时,传感器采集到的三相电流经过故障判断及电流重构模块后,输出的仍为采集到的三相电流,当传感器故障时,该模块才会起作用。
可选地,所述估计单元104获取所述电机的三相电流的估计值,可以包括:
所述估计单元104,具体还可以用于对所述电机的定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值进行坐标变换后,通过电流估计模块,得到所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量。该估计单元104的具体功能及处理还参见步骤S410。以及,
所述估计单元104,具体还可以用于根据所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量。该估计单元104的具体功能及处理还参见步骤S420。
例如:对电流进行坐标变换,设计一个电流估计模块如式(2)和式(3)所示:
在上面两式中,i* sd、i* sq分别为电机定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值。
例如:在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。采用一个电流估计模块,来对三相电流值进行估计,具体的估计算法如式(2)和式(3),用估计值与实测值进行对比,如式(1)所示,如果实测值与估计值的误差超过阈值或者三相电流之和不为0时,则判断电流传感器发生故障,此时采用估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构。本发明的方案,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败。
例如:在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。采用一个电流估计模块,来对三相电流值进行估计,用估计值与实测值进行对比,如果电流传感器发生故障,则采用估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,具体实施过程可以如上述所示,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短(小于最小采样时间)所带来的电流重构盲区,而带来相电流的重构失败。
其中,在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败的情形,可以是指:当电流传感器故障时,要对电流进行重构,但是在理想情况下,电流的采样可以瞬间完成,即相应的基本电压矢量作用很短的时间即可采集到对应的相电流信息;但在实际电路系统中,存在着诸多非理想型因素,如死区时间、功率电子器件的通断延时、AD转换器的保持时间等等;这些因素都会导致在某些情况下无法完成相电流的重构。
由此,通过对电机的定子侧电流在A轴、B轴和C轴上的分量分别进行估计,可以得到电机的三相电流的估计值,且精准、可靠。
更可选地,所述估计单元104确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,可以包括以下任一种确定情形。
例如:由于三相电流之和为0,所以C相电流的估计值可以由iA、iB、iAe、iBe以及A、B两相电流传感器是否发生故障决定。具体分为以下四种情况。
第一种确定情形:所述估计单元104,具体还可以用于在所述电机中A、B两相的电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
例如:第一种情况:当A、B两相电流传感器正常时,iCe=-(iA+iB)。
第二种确定情形:所述估计单元104,具体还可以用于在所述电机中A相电流传感器发生故障、而B相电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在B轴上的分量、与所述电机的定子侧电流的估计值在A轴上的分量之和的负值。
例如:第二种情况:当A相电流传感器发生故障,而B相电流传感器正常运行时,iCe=-(iAe+iB)。
第三种确定情形:所述估计单元104,具体还可以用于在所述电机中B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在B轴上的分量之和的负值。
例如:第三种情况:当B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,iCe=-(iA+iBe)。
第四种确定情形:所述估计单元104,具体还可以用于在所述电机中A、B两相电流传感器都发生故障时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
例如:第四种情况:当A、B两相电流传感器都发生故障时,iCe=-(iAe+iBe)。
由此,通过根据电机中A、B两相的电流传感器是否故障的情况对电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量进行确定,确定方式简便、确定结果可靠。
在一个可选例子中,重构单元106,可以用于将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构(即根据所述电机的三相电流的估计值对所述电机的三相电流进行重构),得到三相电流的重构值。该重构单元106的具体功能及处理参见步骤S130。
例如:如图8所示,在电机矢量控制的基础上增加电流估计器以及故障判断与故障相电流选择单元,当电流传感器正常工作时,经过采样后的三相电流通过故障判断及故障相电流选择单元后,输出的结果依旧是三相电流传感器的电流测量值,当一个或几个电流传感器发生故障时,采样的电流值经过电流传感器故障判断及故障相电流选择单元得到的电流则为发生故障后的电流重构值,由此实现电流的故障容错与电流重构,保证车辆的正常安全运行。
由此,通过在电机的电流传感器发生故障的情况下,以电机的三相电流的估计值作为电机的三相电流的测量值对电机的三相电流进行重构,可以得到三相电流的重构值,且精准、可靠,有利于提升电机运行的安全性。
可选地,所述重构单元106实现对所述电机的三相电流的重构,可以包括:
所述重构单元106,具体还可以用于对所述电机的三相电流的估计值进行Clark变换,得到α、β轴上的电流。该重构单元106的具体功能及处理还参见步骤S510。
所述重构单元106,具体还可以用于对α、β轴上的电流进行Park变换,得到d、q轴上的电流,以作为所述电机的三相电流的重构值。该重构单元106的具体功能及处理还参见步骤S520。
由此,通过对电机的三相电流的估计值进行多次变化得到电机的三相电流的重构值,使得对三相电流的重构值的构建简便且可靠。
在一个可选实施方式中,还可以包括:控制单元102,可以用于根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行。
例如:相对比于基于母线电压的相电流重构方法以及故障检测方法,本发明提出的传感器相电流重构方法,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败的问题。而且,由于此电流重构方案能够解决电流传感器故障时的电机相电流的重构问题,所以本发明的方案适用于任何电机运行的场合。
其中,所述控制单元102根据所述三相电流的重构值控制所述电机的运行,可以包括:
所述控制单元102,具体还可以用于所述电机的三相电流的重构值与d、q轴电流给定值相比较(即,将d、q轴上的电流与d、q轴电流给定值相比较),将比较结果经PI控制,得到d、q轴上电压给定值。
所述控制单元102,具体还可以用于将d、q轴上电压给定值经过Park反变换,得到α、β轴上的电压。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S610。
所述控制单元102,具体还可以用于将α、β轴上的电压经过SVPWM处理,输出PWM信号,以通过控制所述电机的控制器的开关管的开通与关断,实现控制电机的运行。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S620。
例如:如图8所示,从故障判断及电流重构模块出来的三相电流经过Clark(3s/2s)变换得到α、β轴上的电流iα、iβ,然后经过Park变换得到d、q轴上的电流id、iq,与电流控制输出的d、q轴电流给定值相比较,然后经过PI控制得到d、q轴上电压给定值,经过Park反变换,得到α、β轴上的电压,然后经过SVPWM,输出PWM波控制开关管的开通与关断,从而控制电机运行。
由此,通过电机的三相电流的重构值与d、q轴电流给定值相比较后,经PI控制、反变换和信号处理,得到电机控制信号,实现对电机的控制,保证了电机运行的可靠性和安全性。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图6所示的方法的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
经大量的试验验证,采用本发明的技术方案,通过在电机的三相电流的实测值与估计值的误差超过阈值、或者三相电流之和不为0时,判断电流传感器发生故障,使得对电流传感器是否发生故障的判断简便且精准;且在电流传感器发生故障的情况下可以基于三相电流的估计值完成相电流的重构,保证了电流传感器故障时电机三相电流的构造准确性。
根据本发明的实施例,还提供了对应于电机控制装置的一种电机。该电机可以包括:以上所述的电机控制装置。
在一个可选具体实施方式中,可以参见图8和图9所示的例子,对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图8为电流传感器故障时控制算法的结构框图,在常规电机控制基础上,增加了电流估计器、以及故障判断及电流重构环节,当电流传感器未发生故障时,传感器采集到的三相电流经过故障判断及电流重构模块后,输出的仍为采集到的三相电流,当传感器故障时,该模块才会起作用。
如图8所示,从故障判断及电流重构模块出来的三相电流经过Clark(3s/2s)变换得到α、β轴上的电流iα、iβ,然后经过Park变换得到d、q轴上的电流id、iq,与电流控制输出的d、q轴电流给定值相比较,然后经过PI控制得到d、q轴上电压给定值,经过Park反变换,得到α、β轴上的电压,然后经过SVPWM,输出PWM波控制开关管的开通与关断,从而控制电机运行。
其中,SVPWM,主要是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成PWM波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
在一个可选具体例子中,参见图9所示的例子,本发明的方案中基于功能安全的传感器故障相电流重构方法,可以包括:
步骤1:判断是否有电流传感器发生故障。
首先根据三相电流传感器采样得到的电流值之和是否为0的原理来判断是否有电流传感器故障,如果发生故障,则采用A、B、C三相电流的估计值来对电流进行重构。
可选地,也可以通过式(1)来判断是否有故障发生:
公式中iA、iB、iC和iAe、iBe以及iCe分别表示定子电流的测量值在A、B、C轴上的分量和定子电流估计值在A、B、C轴上的分量。其中iCe是由iA、iB、iAe、iBe以及A、B两相电流传感器是否发生故障决定。采用式(1)的故障检测方法不需要增加额外的模块来判断哪一项电流传感器发生故障。
步骤2:相电流估计重构模块。
首先对电流进行坐标变换,设计一个电流估计模块如式(2)和式(3)所示:
在上面两式中,i* sd、i* sq分别为电机定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值。θ表示d轴与α轴的夹角,isα_e、isβ_e分别为定子侧电流在α、β轴上的分量。公式中的数值为变换系数,如变换系数可以为
由于三相电流之和为0,所以C相电流的估计值可以由iA、iB、iAe、iBe以及A、B两相电流传感器是否发生故障决定。具体分为以下四种情况:
第一种情况:当A、B两相电流传感器正常时,iCe=-(iA+iB)。
第二种情况:当A相电流传感器发生故障,而B相电流传感器正常运行时,iCe=-(iAe+iB)。
第三种情况:当B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,iCe=-(iA+iBe)。
第四种情况:当A、B两相电流传感器都发生故障时,iCe=-(iAe+iBe)。
步骤3:电流传感器故障发生时的控制以及电流重构。
如图8所示,在电机矢量控制的基础上增加电流估计器以及故障判断与故障相电流选择单元,当电流传感器正常工作时,经过采样后的三相电流通过故障判断及故障相电流选择单元后,输出的结果依旧是三相电流传感器的电流测量值,当一个或几个电流传感器发生故障时,采样的电流值经过电流传感器故障判断及故障相电流选择单元得到的电流则为发生故障后的电流重构值,由此实现电流的故障容错与电流重构,保证车辆的正常安全运行。
例如:在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。采用一个电流估计模块,来对三相电流值进行估计,具体的估计算法如式(2)和式(3),用估计值与实测值进行对比,如式(1)所示,如果实测值与估计值的误差超过阈值或者三相电流之和不为0时,则判断电流传感器发生故障,此时采用估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构。本发明的方案,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败。
例如:在电机的运行过程中,分别对三相电流进行采样,利用三相电流之和是否为0来对是否有电流传感器故障进行判断。采用一个电流估计模块,来对三相电流值进行估计,用估计值与实测值进行对比,如果电流传感器发生故障,则采用估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,具体实施过程可以如上述步骤2所示,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短(小于最小采样时间)所带来的电流重构盲区,而带来相电流的重构失败。
其中,在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败的情形,可以是指:当电流传感器故障时,要对电流进行重构,但是在理想情况下,电流的采样可以瞬间完成,即相应的基本电压矢量作用很短的时间即可采集到对应的相电流信息;但在实际电路系统中,存在着诸多非理想型因素,如死区时间、功率电子器件的通断延时、AD转换器的保持时间等等;这些因素都会导致在某些情况下无法完成相电流的重构。
可见,相对比于基于母线电压的相电流重构方法以及故障检测方法,本发明提出的传感器相电流重构方法,避免了在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败的问题。而且,由于此电流重构方案能够解决电流传感器故障时的电机相电流的重构问题,所以本发明的方案适用于任何电机运行的场合。
由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图7所示的装置的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
经大量的试验验证,采用本发明的技术方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采样的电流值经过电流传感器故障判断及故障相电流选择单元得到的电流则为发生故障后的电流重构值,实现电流的故障容错与电流重构,可以保证车辆的正常安全运行。
根据本发明的实施例,还提供了对应于电机控制方法的一种存储介质。该存储介质,可以包括:所述存储介质中存储有多条指令;所述多条指令,用于由处理器加载并执行以上所述的电机控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图6所示的方法的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
经大量的试验验证,采用本发明的技术方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采用三相电流的估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,可以避免在任何扇区存在某一电压矢量作用时间短而带来相电流的重构失败,提升三相电流重构的准确性和可靠性。
根据本发明的实施例,还提供了对应于电机控制方法的一种电机。该电机,可以包括:处理器,用于执行多条指令;存储器,用于存储多条指令;其中,所述多条指令,用于由所述存储器存储,并由所述处理器加载并执行以上所述的电机控制方法。
由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图6所示的方法的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
经大量的试验验证,采用本发明的技术方案,通过在电流传感器发生故障的情况下,采用三相电流的估计值来表示电流传感器的实测值,完成相电流的重构,可以能够解决电流传感器故障时的电机相电流的重构问题,有利于提升电机运行的可靠性和安全性。
综上,本领域技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种电机控制方法,其特征在于,包括:
确定电机的电流传感器是否发生故障;
若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值;
将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构,得到三相电流的重构值;其中,实现对所述电机的三相电流的重构,包括:对所述电机的三相电流的估计值进行Clark变换,得到轴上的电流;对轴上的电流进行Park变换,得到轴上的电流,以作为所述电机的三相电流的重构值;
获取所述电机的三相电流的估计值,包括:对所述电机的定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值进行坐标变换后,通过电流估计模块,得到所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量;以及,根据所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量;其中,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,包括:在所述电机中A、B两相的电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A相电流传感器发生故障、而B相电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在B轴上的分量、与所述电机的定子侧电流的估计值在A轴上的分量之和的负值;在所述电机中B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A、B两相电流传感器都发生故障时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,确定电机的电流传感器是否发生故障,包括:
获取所述电机的三相电流的测量值;其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到;
确定所述电机的三相电流的测量值之和是否为零;
若所述电机的三相电流的测量值之和不为零,则确定所述电机的电流传感器发生故障。
4.一种电机控制装置,其特征在于,包括:
控制单元,用于确定电机的电流传感器是否发生故障;
估计单元,用于若所述电机的电流传感器发生故障,则获取所述电机的三相电流的估计值;
重构单元,用于将所述电机的三相电流的估计值作为所述电机的三相电流的测量值,实现对所述电机的三相电流的重构,得到三相电流的重构值;所述重构单元实现对所述电机的三相电流的重构,包括:对所述电机的三相电流的估计值进行Clark变换,得到轴上的电流;对轴上的电流进行Park变换,得到轴上的电流,以作为所述电机的三相电流的重构值;
所述估计单元获取所述电机的三相电流的估计值,包括:对所述电机的定子侧电流在d轴和q轴上分量的设定值进行坐标变换后,通过电流估计模块,得到所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量;以及,根据所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量,确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量;其中,所述估计单元确定所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,包括:在所述电机中A、B两相的电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴和B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A相电流传感器发生故障、而B相电流传感器正常运行的情况下,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在B轴上的分量、与所述电机的定子侧电流的估计值在A轴上的分量之和的负值;在所述电机中B相电流传感器发生故障,而A相电流传感器正常运行时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的测量值在A轴上的分量、以及所述电机的定子侧电流的估计值在B轴上的分量之和的负值;在所述电机中A、B两相电流传感器都发生故障时,所述电机的定子侧电流的估计值在C轴上的分量,为所述电机的定子侧电流的估计值在A轴和B轴上的分量之和的负值。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述控制单元确定电机的电流传感器是否发生故障,包括:
获取所述电机的三相电流的测量值;其中,所述电机的三相电流的测量值,由所述电机的电流传感器采样得到;
确定所述电机的三相电流的测量值之和是否为零;
若所述电机的三相电流的测量值之和不为零,则确定所述电机的电流传感器发生故障。
7.一种电机,其特征在于,包括:如权利要求4-6任一所述的电机控制装置。
8.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质中存储有多条指令;所述多条指令,用于由处理器加载并执行如权利要求1-3任一所述的电机控制方法。
9.一种电机,其特征在于,包括:
处理器,用于执行多条指令;
存储器,用于存储多条指令;
其中,所述多条指令,用于由所述存储器存储,并由所述处理器加载并执行如权利要求1-3任一所述的电机控制方法。
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CN110247600A (zh) | 2019-09-17 |
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